(57)【要約】【課題】改良型ターボ機械動翼取付けシステムを提供すること。【解決手段】本開示の実施形態が、動翼を有するタービン動翼セグメントと動翼に結合された取付けセグメントとを有するシステムを含み、取付けセグメントは、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に取り付けるように構成されたマルチピース組立体を有する。【選択図】  図１
2013221517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動翼と、
動翼に結合された取付けセグメントであり、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に取り付けるように構成されたマルチピース組立体を有する、取付けセグメントと
を含む、ターボ機械動翼セグメント
を含む、システム。
【請求項２】
取付けセグメントは、第１のダブテール部分と、第２のダブテール部分と、第１のダブテール部分と第２のダブテール部分との間に適合するように構成された捕捉式スプレッダピースとを含み、第１のダブテール部分、第２のダブテール部分、及びスプレッダピースは、半径方向にターボ機械ロータのスロット内に挿入するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
取付けセグメントは、第１のダブテール部分、第２のダブテール部分、及びスプレッダピースがターボ機械ロータのスロットの内部に配設された場合に第１のダブテール部分、第２のダブテール部分、及びスプレッダピースを互いに結合するように構成されたカバー部を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
カバー部は動翼と一体である、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
第１のダブテール部分と第２のダブテール部分とは各々、カバー部の保持トラックと係合するように構成されたレール部を含む、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
第１のダブテール部分と第２のダブテール部分とは各々、ターボ機械ロータのスロットの各保持突起部と係合するように構成されたフックを含む、請求項２記載のシステム。
【請求項７】
第１のダブテール部分と第２のダブテール部分とは各々、取付けセグメントがターボ機械ロータのスロットの内部に配設された場合に取付けセグメントの回転を阻止するように構成された回転防止隆起部を含む、請求項２記載のシステム。
【請求項８】
第１のダブテール部分、第２のダブテール部分、及びスプレッダピースは、半径方向にターボ機械ロータのスロット内に個々に挿入するように構成される、請求項２記載のシステム。
【請求項９】
取付けセグメントのマルチピース組立体は、スロットに沿った任意の位置にスロット内に半径方向に取り付けるように構成され、スロットは、スロットの全長に沿って一定の横断面を有する周方向スロットを成す、請求項２記載のシステム。
【請求項１０】
取付けセグメントを受容するように構成されたロータを有するターボ機械を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
ターボ機械はガスタービン又は蒸気タービンである、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
第１の構造及び第２の構造を有するターボ機械動翼取付けセグメントであって、第１の構造は、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に挿入するように構成され、第２の構造は、第１の構造に対して拡張して、ターボ機械動翼取付けセグメントをスロット内に保持するように構成された、ターボ機械動翼取付けセグメント
を含む、システム。
【請求項１３】
ターボ機械動翼取付けセグメントは、第１の構造では、スロット内への挿入中にスロットの保持突起部間を通過するように構成されたフックを含み、第２の構造では、フックはスロットの保持突起部と係合するように移動するように構成される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
第１の構造は、スロットの保持突起部間に適合するように構成された第１の両側面を有し、第２の構造は、保持突起部と重なるように構成されたフックを備えた第２の両側面を有し、第１の両側面と第２の両側面とは互いに対して約９０度に配向され、第２の構造は、スロット内の第１の構造に対して約９０度回転させられる、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
ターボ機械動翼取付けセグメントは複数の部分を含み、複数の部分の各々が、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に個々に挿入される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１６】
複数の部分には、第１のダブテール部分と、第２のダブテール部分と、捕捉式スプレッダピースと、カバー部とが含まれ、複数の部分がターボ機械ロータのスロットの内部に配設された場合にカバー部は複数の部分を互いに固定するように構成される、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
ターボ機械動翼を含み、ターボ機械ロータ又はターボ機械がターボ機械動翼取付けセグメントを有する、請求項１２記載のシステム。
【請求項１８】
第１のターボ機械動翼をターボ機械ロータに結合するように構成された第１のターボ機械動翼取付けセグメントと、
第２のターボ機械動翼をターボ機械ロータに結合するように構成された第２のターボ機械動翼取付けセグメントと
を含み、
第１のターボ機械動翼取付けセグメント及び第２のターボ機械動翼取付けセグメントは、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に挿入され、次いで、スロット内で拡張するように構成される、
システム。
【請求項１９】
第１のターボ機械動翼取付けセグメントは、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に挿入され、次いで、その軸を中心に回転して、スロット内で第１のターボ機械動翼取付けセグメントを拡張させるように構成される、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
第２のターボ機械動翼取付けセグメントは、第１のダブテール部分と、第２のダブテール部分と、スプレッダピースと、保持特徴を有するカバー部とを含み、カバー部は、第１のダブテール部分と、第２のダブテール部分と、スプレッダピースとを互いに結合するように構成され、第１のダブテール部分、第２のダブテール部分、及びスプレッダピースは、スロット内で第２のダブテール部分を拡張させるために、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に個々に挿入可能である、請求項１８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示された主題はターボ機械に関し、より詳細には、ターボ機械動翼をターボ機械ロータに取り付ける取付けシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械が、圧縮機と、ガスタービン、蒸気タービン及び水力タービンなどのタービンとを含む。一般に、ターボ機械は、ターボ機械動翼を支持するシャフト又はドラムであってもよいロータを含む。例えば、ターボ機械動翼は、ロータのスロットと結合する取付けセグメントにより、ロータに取り付けられていてもよい。残念ながら、スロットは、ワンピース型取付けセグメント（one-piece mounting segment）とスロットとの保持特性に因り、スロット内への直接挿入を可能にしない可能性がある。例えば、ワンピース型取付けセグメントは、半径方向にスロット内に入ることができない横方向フックを含んでいる可能性がある。結果として、スロットは、ターボ機械動翼の据付け中に取付けセグメントを受容するように構成された、拡大開口部などの組立体ゲートを必要とする。残念ながら、組立体ゲートはコストを上昇させ、ターボ機械のロータに応力集中を生じさせ、タービン始動時間を長引かせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６０３０１７８号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。
【０００５】
第１の実施形態では、システムが、動翼と、動翼に結合された取付けセグメントとを有するターボ機械動翼セグメントを含み、取付けセグメントは、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に取り付けるように構成されたマルチピース組立体を有する。
【０００６】
第２の実施形態では、システムが、第１の構造と第２の構造とを有するターボ機械動翼取付けセグメントを含み、第１の構造は、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に挿入するように構成され、第２の構造は、第１の構造に対して拡張して、ターボ機械動翼取付けセグメントをスロット内に保持するように構成される。
【０００７】
第３の実施形態では、第１のターボ機械動翼をターボ機械ロータに結合するように構成された第１のターボ機械動翼取付けセグメントと、第２のターボ機械動翼をターボ機械ロータに結合するように構成された第２のターボ機械動翼取付けセグメントとを、システムが含む。さらに、第１のターボ機械動翼取付けセグメントと第２のターボ機械動翼取付けセグメントとは、ターボ機械ロータのスロット内に半径方向に挿入され、次いで該スロット内で拡張するように構成される。
【０００８】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ガスタービンシステムと、蒸気タービンと、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）システムとを有するコンバインドサイクル発電システムの実施形態の概略図である。
【図２】本開示の実施形態による取付けセグメントを有する、周方向に取り付けられているターボ機械動翼を示す、ターボ機械の部分横断面軸方向図である。
【図３】本開示の実施形態による取付けセグメントを有する、周方向に取り付けられているターボ機械動翼を示す、ターボ機械の周方向部分断面図である。
【図４】本開示の実施形態による取付けセグメントを有するターボ機械動翼の斜視図である。
【図５】本開示の実施形態による取付けセグメントを有するターボ機械動翼の据付けを示す、ターボ機械の周方向部分断面図である。
【図６】本開示の実施形態による取付けセグメントを有するターボ機械動翼の据付けを示す、ターボ機械の周方向部分断面図である。
【図７】本開示の実施形態による取付けセグメントを有するターボ機械動翼の据付けを示す、ターボ機械の周方向部分断面図である。
【図８】本開示の実施形態によるマルチピース型取付けセグメント（multi-piece mounting segment）を有するターボ機械動翼の据付けを示す、ターボ機械の周方向部分断面図である。
【図９】本開示の実施形態によるマルチピース型取付けセグメントを有するターボ機械動翼の部分斜視図である。
【図１０】本開示の実施形態によるマルチピース型取付けセグメントを有するターボ機械動翼の据付けを示す、ターボ機械の周方向部分断面図である。
【図１１】本開示の実施形態によるマルチピース型取付けセグメントを有するターボ機械動翼の据付けを示す、ターボ機械の周方向部分断面図である。
【図１２】本開示の実施形態によるマルチピース型取付けセグメントを有するターボ機械動翼の据付けを示す、ターボ機械の周方向部分断面図である。
【図１３】本開示の実施形態によるマルチピース型取付けセグメントを有するターボ機械動翼の据付けを示す、ターボ機械の部分軸方向図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。
【００１２】
開示された実施形態は、ターボ機械動翼をターボ機械のドラムロータに結合するターボ機械動翼取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）を含み、該取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）は、ターボ機械動翼を、組立体ゲートを用いずにロータ又はドラムに取り付けるように構成される。例えば、取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）は、ターボ機械のドラム又はロータの保持スロット又は保持凹部（例えば、ダブテール結合部の第２のダブテール部分）と係合するように構成されてもよい。ある実施形態では、取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）は、保持スロット又は保持凹部（例えば、ダブテール結合部の第２のダブテール部分）内に半径方向に挿入するように構成されてもよく、その後、保持スロット又は保持凹部内で回転して、保持特徴（例えば、フック）に係合するように構成されてもよい。回転すると、取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）の横方向拡張部又は横方向フックが、保持スロット又は保持凹部（例えば、ダブテール結合部の第２のダブテール部分）の保持突起部と係合し、それにより、保持スロット又は保持凹部（例えば、ダブテール結合部の第２のダブテール部分）の内部で取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）を固定してもよい。他の実施形態では、取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）は、セグメント化された構造又はマルチピース構造を有していてもよい。例えば、取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）の複数のピースは、ターボ機械のドラム又はロータそれぞれの保持スロット又は保持凹部（例えば、ダブテール結合部の第２のダブテール部分）内に挿入されてもよい。さらに、取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）の複数のピースは、それらがターボ機械の保持スロット又は保持凹部（例えば、ダブテール結合部の第２のダブテール部分）の内部に配置されると、取付けセグメントの追加ピースにより互いに結合されてもよい。以下に開示された実施形態はタービン（例えば、蒸気タービン、水力タービン又はガスタービン）の場合において記載されているが、開示された取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）は圧縮機などの他のターボ機械で使用されてもよいことに留意することが重要である。
【００１３】
ここで図面を参照すると、図１は、改良型動翼取付けシステム（例えば、ダブテール結合部）を設けられている種々のターボ機械を有するコンバインドサイクルシステム１０の実施形態の概略ブロック図である。具体的には、ターボ機械は、改良型取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）を備えたターボ機械動翼を含み、該取付けセグメントは、組立体ゲート（例えば、細長い開口部）を必要とすることなく、保持スロット若しくは保持凹部（例えば、ダブテール結合部の第２のダブテール部分）又はロータに半径方向に結合されてもよい。図示の通り、コンバインドサイクルシステム１０は、圧縮機１２と、燃料ノズル１６を有する燃焼器１４と、ガスタービン１８とを有するガスタービンシステム１１を含む。燃料ノズル１６は、液体燃料及び／又は天然ガス若しくは合成ガスなどのガス燃料を、燃焼器１４内に送る。燃焼器１４は、燃料−空気混合物を点火し、燃焼させ、次いで、高温加圧燃焼ガス２０（例えば、排ガス）をガスタービン１８内に流す。タービン動翼２２はロータ２４に結合されており、該ロータはまた、図示の通り、コンバインドサイクルシステム１０の全体に亘っていくつかの他の構成要素に連結される。例えば、タービン動翼２２は、以下で検討されている通り、改良型取付けセグメントを備えたロータ２４に結合されていてもよい。燃焼ガス２０がガスタービン１８内のタービン動翼２２を通過すると、ガスタービン１８は回転するよう駆動され、それにより、ロータ２４が回転軸２５に沿って回転する。最終的に、燃焼ガス２０は、排気出口２６（例えば、排気ダクト、排気スタック、消音器等）経由でガスタービン１８を出る。
【００１４】
図示実施形態では、圧縮機１２は圧縮機動翼２８を含む。圧縮機１２の内部の圧縮機動翼２８もまた、（例えば、改良型取付けセグメントを備えた）ロータ２４に結合され、前述通り、ガスタービン１８によりロータ２４が回転するよう駆動されると回転する。圧縮機動翼２８が圧縮機１２の内部で回転すると、圧縮機動翼２８は、空気取入れ口からの空気を圧縮して加圧空気３０にし、該加圧空気は燃焼器１４、燃料ノズル１６、及びコンバインドサイクルシステム１０の他の部分に送られる。燃料ノズル１６は、次いで、加圧空気と燃料とを混合して適切な燃料−空気混合物を作り出し、該燃料−空気混合物が燃焼器１４内で燃焼して燃焼ガス２０を生成し、タービン１８を駆動する。さらに、ロータ２４は、第１の負荷３１に連結されてもよく、該第１の負荷は、ロータ２４の回転により電力を供給される。例えば、第１の負荷３１は、動力装置又は外部機械的負荷などのコンバインドサイクルシステム１０の回転出力により発電し得る任意の適切なデバイスであってもよい。例えば、第１の負荷３１には、発電機、航空機のプロペラ等が含まれる可能性がある。
【００１５】
また、システム１０は、（例えば、シャフト２７の回転により）第２の負荷２３を駆動する蒸気タービン２１を含む。また、第２の負荷２３は、発電するための発電機であってもよい。しかし、第１の負荷３１及び第２の負荷２３はどちらも、ガスタービンシステム１１及び蒸気タービン２１により駆動されることが可能である負荷の他のタイプであってもよい。さらに、図示の実施形態では、ガスタービンシステム１１及び蒸気タービン２１は別個の負荷（例えば、第１の負荷３１及び第２の負荷２３）を駆動するが、また、ガスタービンシステム１１及び蒸気タービン２１が縦列で利用されて、単一シャフトにより単一の負荷を駆動してもよい。
【００１６】
システム１０はＨＲＳＧシステム２７をさらに含む。タービン１８からの加熱排ガス２９がＨＲＳＧシステム２７内に輸送されて、水を加熱し、蒸気タービン２１に電力を供給するのに使用される蒸気３３を生成する。当然のことながら、ＨＲＳＧシステム２７は種々の節炭器、復水器、蒸発器、ヒータ等を含んでいて、蒸気タービン２１に電力を供給するのに使用される蒸気３３を生成し、加熱してもよい。ＨＲＳＧシステム２７により生成される蒸気３３は、蒸気タービン２１のタービン動翼を通過する。蒸気３３が蒸気タービン２１のタービン動翼を通過すると、蒸気タービン２１が回転するように駆動されることより、シャフト２７が回転し、それにより、第２の負荷２３に電力を供給する。
【００１７】
以下の検討において、軸２５に沿った軸３２方向、軸２５から離れる半径方向３４、蒸気タービン２１の軸２５の周囲の周方向３６などの様々な方向又は軸を参照してもよい。さらに、上記の通り、後述の取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）は、様々なターボ機械（例えば、圧縮機１２、ガスタービン１８、又は蒸気タービン２１）のいずれかで使用されてもよく、以下の検討は、タービン２１（例えば、蒸気タービン）の場合の改良型取付けセグメント（例えば、ダブテール結合部の第１のダブテール部分）を記載している。
【００１８】
図２は、タービン動翼２２をロータ２４に結合させる取付け組立体又は結合部４０（例えば、ダブテール結合部４２）を示す、ロータ２４に結合されたタービン動翼２２を備えたタービン１８の部分横断面軸方向図である。各取付け結合部４０は、各動翼２２上に配設された第１の結合部４４（例えば、第１のダブテール部分４５）と、ロータ２４上に配設された第２の結合部４６（例えば、第２のダブテール部分４７）とを含む。例えば、第１の結合部４４（例えば、第１のダブテール部分４５）は雄結合部（例えば、雄ダブテール部分）であってもよく、第２の結合部４６（例えば、第２のダブテール部分４７）は雌結合部（例えば、雌ダブテール部分）であってもよく、逆もまた同様である。図示の実施形態では、第１の結合部４４（例えば、ダブテール部分４５）は雄である取付けセグメント５０を含み、第２の結合部４６（例えば、ダブテール部分４７）は凹部又はスロット５２を含む。具体的には、取付けセグメント５０は、ロータ２４の外面５４に形成されたスロット５２（例えば、周方向スロット）の内部に部分的に配設される。例えば、スロット５２は、ロータ２４の完全に周囲に（例えば、取り巻いて）周方向３６に延在していてもよい。図示の通り、各取付けセグメント５０の第１の部分５６が、ロータ２４のスロット５２の内部に配設され、一方、各取付けセグメント５０の第２の部分５８が、ロータ２４の外面５４から半径方向３４外側に延在しており、各タービン動翼２２に結合される。
【００１９】
図示の実施形態は、ロータ２４に結合されたタービン動翼２２の単一の段６０を示す。本明細書で用いられている、タービン動翼２２の「段」は、ロータ２４に沿ったある軸３２方向位置においてロータ２４を周方向３６に取り巻いて延出しているタービン動翼２２を指す。さらに、上記の通り、図示の実施形態における取付けセグメント５０は、スロット５２内に周方向３６に取り付けられている。換言すれば、ロータ２４に形成されたスロット５２は、ロータ２４を周方向３６に取り巻いて延在している。当然のことながら、取付けセグメント５０及びそれらの各タービン動翼２２は、取付けセグメント５０をスロット５２内に挿入することにより、ロータ２４に結合されていてもよい。例えば、詳細に後述されている通り、取付けセグメント５０をスロット５２内に半径方向３４に挿入し、その後、取付けセグメント５０をその軸６６を中心に捻じるか又は回転させる６４ことにより、取付けセグメント５０の１つ以上が据え付けられてもよく、それにより、取付けセグメント５０をスロット５２の保持突起部と係合させて、タービン動翼２２をロータ２４に固定する。本方法では、取付けセグメント５０は、スロット５２に形成された組立体ゲート又は他の拡大開口部を用いずに、スロット５２内に据え付けることができる。換言すれば、スロット５２は、ロータ２４を中心に周方向３６に均一（例えば、スロット５２内にの開口部の幅が一定）であり得る。
【００２０】
しかし、単一の段６０の全ての取付けセグメント５０が、半径方向３４の挿入及びその後の回転６４のために構成される訳ではない可能性がある。図示の通り、ロータ２４のスロット５２の内部に配設された取付けセグメント５０は、周方向３６に互いに接している。具体的には、各取付けセグメント５０は、それが周方向３６に隣接している取付けセグメント５０に接している。結果として、単一の段６０のある数の取付けセグメント５０がロータに結合されると、追加の取付けセグメント５０の半径方向３４挿入及び捻じり６４のための適切な余地がない可能性がある。例えば、タービン動翼２２の単一の段６０の１つを除いて全ての取付けセグメント５０がスロット５２内に半径方向３４に挿入された場合、最後の取付けセグメント５０を半径方向３４に挿入し捻じる６４十分な空間又は余地がない可能性がある。しがって、タービン動翼２２の単一の段６０は、セグメント化された構造又はマルチピース構造を有する１つ以上の取付けセグメント５０（例えば、取付けセグメント６２）を含んでいてもよい。詳細に後述される通り、マルチピース構造を有する取付けセグメント５０（例えば、取付けセグメント６２）の複数のピースは、個々に、スロット５２内に半径方向３４に挿入され、スロット５２の内部に配置されてスロット５２の保持突起部と係合し、互いに結合されてもよい。本方法では、単一の段６０の最後の取付けセグメント５０（例えば、取付けセグメント６２）は、スロット５２の組立体ゲート又は他の拡大開口部を用いずに、スロット５２の内部に半径方向３４に据え付けられてもよい。換言すれば、スロット５２は、ロータ２４を中心に周方向３６に均一であってもよい（例えば、スロット５２内への一定の幅の開口部）。
【００２１】
図３は、ロータ２４を取り巻いて周方向３６にスロット５２内に取り付けられているタービン動翼２２及び取付けセグメント５０の実施形態を示す、タービン１８の、図２の線３−３で取った、周方向部分断面図である。図示の実施形態では、取付けセグメント５０及びタービン動翼２２は一体的に形成されてもよい。換言すれば、取付けセグメント５０とタービン動翼２２とは単一のピースであってもよい。さらに、取付けセグメント５０は、ロータ２４のスロット５２内に半径方向３４に挿入され、その後、捻じられるか又は回転させられ、それにより、取付けセグメント５０の係合用両フック８０をスロット５２の両保持突起部８２と係合させるように構成される。すなわち、取付けセグメント５０のフック８０は拡張しており、取付けセグメント５０がスロット５２内に半径方向３４に挿入され且つスロット５２の内部で捻じられたか又は回転させられた後に、スロット５２の保持突起部８２と半径方向３４に当接している。より具体的には、図示の据付け位置では、フック８０は、タービン１８の軸３２方向に沿って、互いに反対側に、取付けセグメント５０のネック８４から横方向に延出している。フック８０と取付けセグメント５０のネック８４とは組み合わさって幅８６を有し、一方、幅８８がスロット５２の保持突起部８２間に延在する。幅８８は幅８６より小さいので、フック８０は取付けセグメント５０をスロット５２内に半径方向３４に保持させ、それにより、取付けセグメント５０及びタービン動翼２２をロータ２４に固定する。
【００２２】
図示の実施形態では、取付けセグメント５０は回転防止隆起部９０をさらに含む。具体的には、回転防止隆起部９０は、取付けセグメント５０の両側でネック８４から横方向に延出している。図示の通り、回転防止隆起部９０は、取付けセグメント５０がロータ２４に結合された場合にロータ２４のスロット５２の内部に配設されるように且つロータ２４の外面５４とほぼ同一平面であるように構成される。当然のことながら、回転防止隆起部９０は、ロータ２４の内部での取付けセグメント５０の回転又は枢動を減少させ、それにより、タービン動翼２２の安定性及び剛性を高める可能性がある。ある実施形態では、取付けセグメント５０は、回転防止隆起部９０を含まない可能性がある。
【００２３】
図４は、単一ピース構造を有する、タービン動翼２２及び取付けセグメント５０の、図２の線４−４の範囲内で取った斜視図であり、そこでは、ロータ２４のスロット５２内に取付けセグメント５０を半径方向３４に挿入し且つスロット５２の内部で取付けセグメント５０を回転させるか又は捻じることにより、取付けセグメント５０がロータ２４に結合されるように構成される。図示の通り、取付けセグメント５０は、ロータ２４のスロット５２の保持突起部８２間に幅８８（図３）より小さい深さ１００を有する。本方法では、取付けセグメント５０は、スロット５２の保持突起部８２間に深さ１００を有するセグメント５０を配向することにより、スロット５２内に半径方向３４に挿入されてもよい。その後、後述の通り、取付けセグメント５０は、スロット５２の内部で約９０度回転させられるか又は捻じられて、それにより、取付けセグメント５０のフック８０を、（例えば、突起部８２の下に幅８６を有するセグメント５０を配向することにより）スロット５２の保持突起部８２に当接させてもよい。本方法では、取付けセグメント５０はスロット５２の内で固定されてもよく、タービン動翼２２は、いかなる組立体ゲート（例えば、スロット５２の拡大開口部）も用いずに、ロータ２４に結合されてもよい。
【００２４】
図５〜図７は、取付けセグメント５０をロータ２４のスロット５２内に半径方向３４に挿入し、スロット５２の内部で取付けセグメント５０を回転させるか又は捻じることによる、取付けセグメント５０の据付けを示す、タービン動翼２２及び取付けセグメント５０の概略図である。例えば、図５は、取付けセグメント５０がロータ２４のスロット５２内に半径方向３４に挿入され得る方法を示す。具体的には、取付けセグメント５０の図示の構造（例えば、第１の構造）では、取付けセグメント５０の深さ１００は、スロット５２の保持突起部８２間の幅より小さい。したがって、図示の方法では、取付けセグメント５０は、矢印１２０で示されるように、スロット５２内に半径方向３４に挿入され得る。本方法では、取付けセグメント５０は、いかなる組立体ゲート（例えば、スロット５２の拡大開口部）も用いずに、スロット５２の保持突起部８２間でスロット５２内に半径方向３４に挿入されてもよい。
【００２５】
取付けセグメント５０がロータ２４のスロット５２内に半径方向３４に挿入されたら、取付けセグメント５０は、図６に示される通り、スロット５２の内部で回転させられるか又は捻じられてもよい。より詳細には、取付けセグメント５０は、矢印１４２で示されるように、図５に示される構造（例えば、第１の構造）から図７に示される構造（例えば、第２の構造）まで、取付けセグメント５０の長手方向軸１４０を中心に回転させられるか又は捻じられてもよい。さらに、取付けセグメント５０は、約９０度回転させられるか又は捻じられてもよい。本方法では、取付けセグメント５０のフック８０は、スロット５２の内部で保持突起部８２の下で回転し（例えば、拡張し）得る。取付けセグメント５０が長手方向軸１４０を中心に約９０度回転したら、取付けセグメント５０のフック８０は、図７に示される通り、スロット５２の保持突起部８２と係合し、半径方向３４に当接する。本方法では、保持突起部８２と取付けセグメント５０のフック８０との間の接触面が取付けセグメント５０の移動（例えば、半径方向３４の移動）を阻止し、それにより、タービン動翼２２をロータ２４に固定するので、取付けセグメント５０はスロット５２の内部で固定され得る。この場合もやはり、この半径方向３４の挿入及び捻じり１４２の技術は、組立体ゲートの必要をなくすと同時に、また、例えば、動翼を組立体ゲートからその所望の周方向位置までスロット５２に沿って周方向３６に移動させる必要なしに、スロット５２に沿ったその所望の周方向３６位置に非常に近接している各動翼２２の据付けを可能にする。
【００２６】
図８は、ロータ２４に周方向３６に取り付けられているタービン動翼２２及び取付けセグメント５０の実施形態を示す、図２の線８−８で取った、タービン１８の周方向部分断面図である。図示の実施形態では、取付けセグメント５０はマルチピース構造又はセグメント化された構造を有する。本方法では、取付けセグメント５０は、複数のピースを個々に一度に１つ挿入することにより、ロータ２４のスロット５２内に据え付けられ得る。例えば、図８に示される組立て済みの取付けセグメント５０は、第１のダブテール部分１６０（例えば、前方ダブテール部分又は「ガス／蒸気出口「側」ダブテール部分）と、第２のダブテール部分１６２（例えば、後方ダブテール部分又は「ガス／蒸気入口側」ダブテール部分）と、捕捉式スプレッダピース（captured spreader piece）１６４とを含む。図示の通り、組立て済の構造では、捕捉式スプレッダピース１６４は、第１のダブテール部分１６０と第２のダブテール部分１６２との間に配設されるか、又はそれらにより「捕捉」される。一実施形態では、捕捉式スプレッダピース１６４は長方形平板であってもよい。さらに、ある実施形態では、第１のダブテール部分１６０と第２のダブテール部分１６２とは、同一の又は類似の構造を有していてもよい。例えば、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２はどちらも、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２の各ネック１６８から横方向に延出しているフック１６６を含む。前段で同様に検討されている通り、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２のフック１６６は、スロット５２の保持突起部８２の１つと係合するように構成される。さらに、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２はまた、それらの各ネック１６８から横方向に延出している回転防止隆起部１７０を含む。前段で同様に検討されている通り、回転防止隆起部１７０は、ロータ２４のスロット５２の内部に配設されるように構成されており、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２がロータ２４に結合された場合にロータ２４の外面５４とほぼ同一平面である。回転防止隆起部１７０は、ロータ２４の内部での取付けセグメント５０の回転又は枢動を減少させ、それにより、タービン動翼２２の安定性及び剛性を高める可能性がある。
【００２７】
図示の実施形態における取付けセグメント５０は、タービン動翼２２と一体化されたカバー部１７２をさらに含む。他の実施形態では、カバー部１７２は、タービン動翼２２と一体化されていない可能性がある。以下に詳細に検討されている通り、カバー部１７２は、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２と係合し、それにより、第１のダブテール部分１６０、第２のダブテール部分１６２、及び第１のダブテール部分１６０と第２のダブテール部分１６２との間の捕捉式スプレッダピース１６４をロータ２４のスロット５２の内部の定位置に保持するように構成される。具体的には、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２並びに捕捉式スプレッダピース１６４がロータ２４のスロット５２の内部に据え付けられると、カバー部１７２は第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２に結合し、それにより、取付けセグメント５０の複数のピースを一緒に固定し、取付けセグメント５０及びタービン動翼２２のロータ２４との据付けを完了させることができる。また、この最後の取付けセグメント５０（例えば、６２）のマルチピース構造は、スロット５２のいかなる組立体ゲート（例えば、拡大開口部）も用いない最後の動翼２２の据付けを可能にする。
【００２８】
図９は、タービン動翼２２及びマルチピース構造又はセグメント化された構造を有する取付けセグメント５０の、図２の線９−９で取った、斜視図であり、そこでは、取付けセグメント５０は、ロータ２４のスロット５２内に半径方向３４に取付けセグメント５０の複数のピースを個々に挿入することにより、ロータ２４に結合されるように構成される。上記の通り、第１のダブテール部分１６０と第２のダブテール部分１６２とは、カバー部１７２と係合し、それにより、以下に示される構造において取付けセグメント５０の複数の構成要素を固定するように構成される。具体的には、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２の各々が、カバー部１７２の保持トラック又は保持凹部２０２と係合するように構成されたレール２００を有する。図示の実施形態では、レール２００は、カバー部１７２の保持トラック２０２のＴ形スロット２０３により受容され且つそれと係合するＴ形突出部２０１を有する。しかし、他の実施形態では、レール２００及びトラック２０２は他の形状又は構造を有する可能性がある。当然のことながら、保持トラック２０２は、レール２００の形状に合致するように構成され、その結果、レール２００とトラック２０２とは噛み合い、取付けセグメント５０の構成要素の（例えば、半径方向３４の且つ周方向３６の）移動を阻止する。本方法では、取付けセグメント５０は、スロット５２の内部に固定されてもよく、タービン動翼２２はロータ２４に結合されてもよい。さらに、他の実施形態では、捕捉式スプレッダピース１６４もまた、保持トラック２０２と係合するように構成されたレール２００を有していてもよい。
【００２９】
図１０〜図１３は、ロータ２４のスロット５２内に、個々に、取付けセグメント５０の複数の構成要素（例えば、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２並びに捕捉式スプレッダピース１６４）を半径方向３４に挿入することによる、取付けセグメント５０の据付けを示す、タービン動翼２２及び取付けセグメント５０の概略図である。その後、タービン動翼２２と一体化されてもよいカバー部１７２は、取付けセグメント５０の複数の構成要素に結合され、それにより、取付けセグメント５０をロータ２４のスロット５２の内部に固定してもよい。例えば、図１０は、取付けセグメント５０の第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２が、ロータ２４の半径方向３４にスロット５２内に挿入され得る方法を示す。具体的には、図示の方法では、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２は、矢印２２０で示されるように、半径方向３４にスロット５２内に挿入されてもよい。図示の構造（例えば、第１の構造）では、スプレッダピース１６４がない状態で、ダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２（単独で又は一緒に）は、両突起部８２間の幅８８より狭い。
【００３０】
第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２がロータのスロット５２内に挿入されたら、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２は、スロット５２の保持突起部８２と係合するように配置されて（例えば、拡張されて）もよい。具体的には、矢印２２２で示されるように、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２は、反対軸３２方向（例えば、上流軸３２方向と下流軸３２方向と）に移動させられてもよく、その結果、各ダブテール部分１６０又は１６２のフック１６６は、スロット５２の各保持突起部８２と係合する。
【００３１】
図１１は、取付けセグメント５０の捕捉式スプレッダピース１６４がロータ２４のスロット５２の内部に配置され得る方法を示す。より具体的には、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２がスロット５２の内部に配設され且つ各保持突起部８２と係合した後、捕捉式スプレッダピース１６４は、第１のダブテール部分１６０と第２のダブテール部分１６２との間でスロット５２内に半径方向３４に挿入されてもよい。本方法では、捕捉式スプレッダピース１６４は、（例えば、第２の構造において）外側方向に付勢し且つ第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２を定位置に保持することを助ける可能性があり、それにより、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２の各フック１６６は、ロータ２４のスロット５２の各保持突起部８２と係合する。
【００３２】
図１２は、取付けセグメント５０のカバー部１７２が第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２と結合され得る方法を示す。前段で検討されている通り、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２は、レール２００（例えば、Ｔ形突出部２０１）を有し、該レールは、取付けセグメント５０のカバー部１７２の保持トラック２０２（例えば、Ｔ形スロット２０３）と係合するように構成される。例えば、図示の実施形態では、タービン動翼２２と一体化されたカバー部１７２は、矢印２４０で示されるように、軸３２方向に移動してもよい。本方法では、カバー部１７２の保持トラック２０２は、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２のレール２００の周囲に配置され、それと係合し、それにより、カバー部１７２を第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２に固定してもよい。結果として、取付けセグメント５０の構成要素（例えば、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２、捕捉式スプレッダピース１６４、並びにカバー部１７２）を定位置に保持することができ、タービン動翼２２の取付けセグメント５０を組み立て、ロータ２４に結合することができる。例えば、図１３は、タービン１６の部分横断面軸方向図であり、マルチピースすなわちセグメント化された構造を有する取付けセグメント５０により、ロータ２４に結合されたタービン動翼２２を示す。
【００３３】
開示された実施形態は、組立体ゲート（例えば、周方向スロット５２の拡大開口部）を使用せずに、ターボ機械動翼（例えば、タービン動翼２２）をターボ機械ロータ又はドラム（例えば、ロータ２４）に結合し得る改良型取付けセグメント５０に関する。換言すれば、開示された実施形態は、ロータ２４を中心に周方向３６に一定の横断面を有する均一の周方向スロット５２と共に使用されてもよい。例えば、取付けセグメント５０は、ロータ２４の保持スロット５２内に半径方向３４に挿入し、次いでその後、スロット５２に沿った任意の位置で、スロット５２の内部で回転するように構成されてもよい。取付けセグメント５０を回転すると、取付けセグメント５０のフック８０がスロット５２の保持突起部８２と係合し、それにより、スロット５２の内部で取付けセグメント５０を固定してもよい。他の実施形態では、取付けセグメント５０は、スロット５２のいかなる組立体ゲート（例えば、拡大開口部）も用いずに、スロット５２に沿った任意の位置に動翼２２を取り付けることを可能にするセグメント化された構造又はマルチピース構造を有していてもよい。例えば、取付けセグメント５０の複数のピース（例えば、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２並びに捕捉式スプレッダピース１６４）は、個々に、ロータ２４のスロット５２内に挿入されてもよい。さらに、取付けセグメント５０の複数のピースがロータ２４のスロット５２の内部に配置されたら、取付けセグメント５０の複数のピース（例えば、第１のダブテール部分１６０及び第２のダブテール部分１６２並びに捕捉式スプレッダピース１６４）は、取付けセグメント５０のカバー部１７２に結合されてもよい。さらに、前段で検討されている実施形態はタービン２１（例えば、蒸気タービン）の場合で記載されているが、開示された取付けセグメント５０は圧縮機などの他のターボ機械で使用されてもよいことに留意することが重要である。
【００３４】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３５】
１０  コンバインドサイクルシステム
１１  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  燃料ノズル
１８  ガスタービン
２０  高温加圧燃焼ガス
２１  蒸気タービン
２２  タービン動翼
２３  第２の負荷
２４  ロータ
２５  回転軸
２６  排気出口
２７  ＨＲＳＧシステム
２８  圧縮機動翼
２９  加熱排ガス
３０  加圧空気
３１  第１の負荷
３２、６６  軸
３３  蒸気
３４  半径方向
３６  周方向
４０  取付け組立体、取付け結合部
４２  ダブテール結合部
４４  第１の結合部
４５  第１のダブテール部分
４６  第２の結合部
４７  第２のダブテール部分
５０、６２  取付けセグメント
５２  凹部、スロット
５４  （ロータの）外面
５６  （取付けセグメントの）第１の部分
５８  （取付けセグメントの）第２の部分
６０  （タービン動翼の）単一の段
６４  回転、捻じり、回転させる、捻じる
８０、１６６  フック
８２  保持突起部
８４、１６８  ネック
８６、８８  幅
９０、１７０  回転防止隆起部
１００  （取付けセグメントの）深さ
１２０、１４２、２２０、２２２、２４０  矢印
１４０  （取付けセグメントの）長手方向軸
１６０  第１のダブテール部分
１６２  第２のダブテール部分
１６４  捕捉式スプレッダピース
１７２  カバー部
２００  レール
２０１  （カバー部の）Ｔ形突出部
２０２  保持トラック、保持凹部
２０３  （保持トラックの）Ｔ形スロット
【図１】
2013221517.tif 000003
【図２】
2013221517.tif 000004
【図３】
2013221517.tif 000005
【図４】
2013221517.tif 000006
【図５】
2013221517.tif 000007
【図６】
2013221517.tif 000008
【図７】
2013221517.tif 000009
【図８】
2013221517.tif 000010
【図９】
2013221517.tif 000011
【図１０】
2013221517.tif 000012
【図１１】
2013221517.tif 000013
【図１２】
2013221517.tif 000014
【図１３】
2013221517.tif 000015